传感器的基本知识

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1、传感器的基本知识传感器的基本知识激光测距传感器原理及应用一、传输时间激光距离传感器的发展 激光在检测领域中的应用十分广泛，技术含量十分丰富，对社会生产和生活的影响也十分明显。激光测距是激光最早的应用之一。这是由于激光具有方向性强、亮度高、单色性好等许多优点。1965年前苏联利用激光测地球和月球之间距离（380103km）误差只有250m。1969 年美国人登月后置反射镜于月面，也用激光测量地月之距，误差只有 15cm。 利用激光传输时间来测量距离的基本原理是通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离。即： 。 传输时间激光测距虽然原理简单、结构简单，但以前主要用于军事和科学研究方面，在工业自动

2、化方面却很少见。因为激光测距传感器售价太高，一般在几千美元。实际上，所有工业用户都在寻找一种能在较远距离实现精密距离检测的传感器。因为许多情况下近距离安装传感器会受物理位置及生产环境的限制，如今的传输时间激光测距传感器将为这类场合的工程师排忧解难。 二、工作原理 传输时间激光传感器工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。传输时间激光传感器必须极其精

3、确地测定传输时间，因为光速太快。 例如，光速约为 3108m/s，要想使分辨率达到 1mm，则传输时间测距传感器的电子电路必须能分辨出以下极短的时间： 0.001m?(3108m/s)=3ps 要分辨出 3ps 的时间，这是对电子技术提出的过高要求，实现起来造价太高。但是如今廉价的传输时间激光传感器巧妙地避开了这一障碍，利用一种简单的统计学原理，即平均法则实现了 1mm 的分辨率，并且能保证响应速度。 三、解决其它技术无法解决的问题 传输时间激光距离传感器可用于其它技术无法应用的场合。例如，当目标很近时，计算来自目标反射光的普通光电传感器也能完成大量的精密位置检测任务。但是，当目标距离较远内或

4、目标颜色变化时，普通光电传感器就难以应付了。 虽然先进的背景噪声抑制传感器和三角测量传感器在目标颜色变化的情况下能较好地工作，但是，在目标角度不固定或目标太亮时，其性能的可预测性变差。此外，三角测量传感器一般量程只限于 0.5m 以内。 超声波传感器虽然也经常用于检测距离较远的物体，而且由于它不是光学装置，所以不受颜色变化的影响。但是，超声波传感器是依据声速测量距离的，因此存在一些固有的缺点，不能用于以下场合。 待测目标与传感器的换能器不相垂直的场合。因为超声波检测的目标必须处于与传感器垂直方位偏角不大于 10角以内。 需要光束直径很小的场合。因为一般超声波束在离开传感器 2m远时直径为 0.

5、76cm。 需要可见光斑进行位置校准的场合。 多风的场合。 真空场合。 温度梯度较大的场合。因为这种情况下会造成声速的变化。 需要快速响应的场合。 而激光距离传感器能解决上述所有场合的检测。 四、在自动化领域的广泛用途 如今，自动检测和控制的方法中，除了超声波传感器和普通光电传感器外，又增加了一个能解决长距离测量和检验的新方法传输时间激光距离传感器。它为各种不同场合提供了应用的灵活性，这些场合可包括如下： 设备定位。 测量料包的料位。 测量传送带上的物体距离和物体高度。 测量原木直径。 保护高架起重机免于碰撞。 无误差检查场合。 五、几个应用实例 1、测量传送带上箱子的宽度 使用两个发散型传输

6、时间激光传感器，在传送带的两侧面对面安装。因为尺寸变化的箱子落到传送带上的位置是不固定的，这样，每个传感器都测量出自己与箱子的距离，设一个距离为 L1，另一个为 L2。此信息送给 PLC，PLC 将两个传感器间总的距离减去 L1 和L2，从而可计算出箱子的宽度 W。 2、保护液压成型冲模 机械手把一根预成型的管材放进液压成型机的下部冲模中，操作者必须保证每次放的位置准确。在上部冲模落下之前，一个发散型传感器测量出距离管子临界段的距离，这样可保证冲模闭合前处于正确位置。 3、二轴起重机定位 用两个反射型传感器面对反射器安装，反射器安装在桥式起重机的两个移动单元上。一个单元前后运动，另一个左右运动

7、。当起重机驱动板架辊时，两个传感器监测各自到反射器的距离，通过PLC 能连续跟踪起重机的精确位置。 有了这种新式廉价传输时间激光测距传感器，反射性或多颜色的目标长距离位置检测即使在检测角度变化的情况下也没问题了。 电能表检修技巧电能表检修技巧电能表检修技巧1.计度器的清洗检修 根据统计表明，由于运输等原因造成电能表故障的占 25，由于检修不当造成的占 70以上，这就要求检修人员必须做到“心细，眼明，手巧” 。对计度器检修可以按整体检查一解体和清洗一零部件检查及修复更换进行。 整体检查 拆下计度器铭牌后，观察有元明显的故障，如：零部件脱落，机架变形，齿轮碎裂等。观察其油污程度，特别对卡字、跳字、

8、运行中不进位等故障更要细心观察。 计度器解体与清洗 解体时要注意零部件的放置，不要太乱，并严防零件掉落；避免不同型号常数的计度器零件的混放。 现在金属制的计度器极少采用，可根据具体情况先用汽油或混合液洗刷，后用干燥洁净的绸布擦于或用清水洗净后烘干。塑质计度器不能用汽油洗刷，可选用一般的合成洗涤剂，稀释后用毛刷轻刷各零件，而后用清水冲洗，温水过净，晾干或吹干：最好不要选用过去配制混合液的方法。计度器机架孔眼的污垢，选用常用的木质牙签，掏净即可。 零部件检查及修复更换 一般如字轮字迹不清，齿轮断齿，机器变形等一目了然，但轴弯较难观察。可选用一标准轴与被检轴放在一起捻动，观察其缝隙的变化，弯轴不易捻

9、动。轻微锈蚀用“0”号砂纸轻擦除垢后，用布蘸表油擦拭。铁质、铜质、铝质的齿轮，发生齿歪后，可用螺刀或小刀校正。断齿或磨损严重的齿轮及轴套紧圈破损必须更换。齿轮字轮进位轮上的毛刺应用挫刀修挫清理干净。 2.上轴承的检修 上轴承中的钢针和轴尖如有生锈或磨损，必须更换。如钢针松动偏斜，应插入专用的模具焊牢或敲紧，然后将上面的焊锡和焊剂清洗干净。专用的工具：可用市场上出售的钢质圆珠笔芯，用完去掉笔头，洗净内孔，而后在酒精灯上加热 3 至 5 分钟，在水中淬火，使其硬度增强。对于磁悬式的上轴承，应把检查其铁磁吸附物作为重点，检修质量应满足规程要求。 3.下轴承的检修 下轴承组合，一般由宝石轴承、钢珠、轴

10、承套管、防震弹簧、螺管、六角螺帽、封口螺帽组成。下轴承组合质量的好坏，直接决定了电能表的使用寿命，影响电能表的误差特性，特别是轻载下的误差及灵敏度。断下轴承中宝石轴尖是否完好，可在显微镜正前方置一日光灯作光源，照射宝石、轴尖，这时通过显微镜，可观察到宝石、轴尖中，日光灯的成像为一光亮的“月牙形” 。如宝石、轴尖有裂纹或磨损严重，则“月牙形”的两条曲线会发生断裂；曲折现象；如宝石、轴尖有锈蚀灰尘。则“月牙形”就会出现暗区、麻点，不光亮。 4.转动元件的清洗检修 一般的转动元件可用绸布于擦，污垢严重的转动元件，应先用清洗液清洗，后用汽油洗净，再用干净的绸布擦干。转轴上端的小孔，应用柳木棍和航空汽油

11、掏洗干净，储油室内注入 13 深的表油，检修后的转动元件应满足以下要求： 转轴应垂直通过转盘的中心，并和圆盘固定牢靠，盘面平整：蜗杆紧固在转轴上，无油污； 轴套上的轴眼及蜗杆齿轮应元任何损伤； 止逆器在转轴上固定牢靠，且当电能表处于止逆位置时，圆盘标记恰在观察孔的位置； 三相多圆盘电能表，若各圆盘上有防潜孔，要把盘上的防潜孔调整在与圆盘盘面垂直的一条线上； 圆盘边缘应有长为 4%盘周长的黑色标记，以便测误差或调整时光电采样； 检修后的转动元件应做静平衡试验：转盘下面油漆的作用是配重，检修时不要刮去。 来源:输配电设备网 5.驱动元件的清洗检修 驱动元件中的铁芯和线圈应完好。铁芯砝钢片不应松动，

12、片间绝缘良好。铁芯表面如有锈迹应除去，而后喷涂防锈水和绝缘漆；有匝间短路和老化的线圈应更换或重新绕制。电压元件磁极与回磁板之间应平行，气隙均匀适中，固定牢靠，回磁板应清洁；各调整装置灵活、自如，固定良好，有足够的调整裕度。对有锈蚀的铁芯，应用铜丝刷刷去锈层，并均匀涂上绝缘漆；对铁芯接缝处有铁锈者，应除锈并吹净，而后涂绝缘漆。拆卸坏线圈时，应注意不要伤损砝钢片；对于 86 系列、86a 系列及 241、246 系列的电能表，其过载、轻载补偿片较多，因其排列顺序直接影响到表计的性能，因此一般不拆卸，确需拆下时必须保证原有的顺序。为防记错，拆下时可用一夹子将其夹住，待装好后再会掉。 6.制动元件的清

13、洗检修 制动元件永久磁钢表面的漆层不得刮去，不得敲击和加热磁钢，也不能用铁磁物质碰擦，对退磁的应更换。气隙中的铁屑及杂物应用绸布擦去。调整机构应灵活可靠，粗细调能自锁；磁钢极平面平整，工作气隙均匀。 7.基架的检修 检修中必须仔细，并注意下列几点：机架上下轴承孔的同轴度；机架固定铁芯平面的平面度，对轴孔中心线的平行度；机架固定铁芯平面至轴孔中心线的距离；铁芯固定孔距及固定孔对轴孔中心线的对称度。对制动磁钢为一点固定的机架，还要求磁钢固定平面的平面度，对轴孔中心线的垂直度，机架垂直面对底平面的垂直度，底平面的不平度。8.接线盒的清洗检修 接线盒及接线盒密封圈的检修检查，主要是对其绝缘电阻的检查，

14、这些零件虽出厂财已经过了 6000V 冲击电压和 2000V 对地绝缘试验，但经一段运行后，由于受环境条件及电热老化的影响，其绝缘强度都有不同程度地下降，因此必须对修复后的表进行绝缘电压试验和绝缘电阻测量。对烧坏或炭化的胶木，一律换掉。检查中还应对其清洁程度及接线孔完整程度进行检查，其压接螺丝应完好无损，滑丝及螺刀口受损的必须换掉。 9.调整机构的清洗检修 所有调整机构的检查主要靠手感和目测。其应灵活可靠，能自锁，不松动；回线电阻上的氧化层应除去，焊点应牢靠。 10.外壳的清洗检修 主要是检查其密封性，玻璃观察窗口的透视性及清洁程度。对玻璃胶木及塑料与铝质外壳上的一般污垢，可先用毛刷刷去灰尘，

15、再用湿布揩净，对油腻严重的可喷洗洁净后，再用湿布揩干；对有孔洞或裂痕的，一律换新。窗口玻璃如有脱落或密封不严，应将原有的粘合物去净，用密封胶重新粘合。 隧道效应定义由微观粒子波动性所确定的量子效应。又称势垒贯穿 。考虑粒子运动遇到一个高于粒子能量的势垒，按照经典力学，粒子是不可能越过势垒的；按照量子力学可以解出除了在势垒处的反射外，还有透过势垒的波函数，这表明在势垒的另一边，粒子具有一定的概率，粒子贯穿势垒。理论计算表明，对于能量为几电子伏的电子，方势垒的能量也是几电子伏 ，当势垒宽度为 1 埃时 ， 粒子的透射概率达零点几 ；而当势垒宽度为 10 时，粒子透射概率减小到 10-10 ，已微乎

16、其微。可见隧道效应是一种微观世界的量子效应，对于宏观现象，实际上不可能发生。在势垒一边平动的粒子，当动能小于势垒高度时，按经典力学，粒子是不可能穿过势垒的。对于微观粒子，量子力学却证明它仍有一定的概率穿过势垒，实际也正是如此，这种现象称为隧道效应。对于谐振子，按经典力学，由核间距所决定的位能决不可能超过总能量。量子力学却证明这种核间距仍有一定的概率存在，此现象也是一种隧道效应。 隧道效应是理解许多自然现象的基础。概述在两层金属导体之间夹一薄绝缘层，就构成一个电子的隧道结。实验发现电子可以通过隧道结，即电子可以穿过绝缘层，这便是隧道效应。使电子从金属中逸出需要逸出功，这说明金属中电子势能比空气或绝缘层中低于是电子隧道结对电子的作用可用一个势垒来表示，为了简化运算，把势垒简化成一个一维方势垒。 所谓隧道效应，是指在两片金属间夹有极薄的绝缘层（厚度大约为 1nm（10-6mm） ，如氧化薄膜） ，当两端施加势能形成势垒V 时，导体中有动能 E 的部分微粒子在 EV 的